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第一节数控刀具的种类及特点第一节数控刀具的种类及特点第一节数控刀具的种类及特点第一节数控刀具的种类及特点第一节数控刀具的种类及特点第一节数控刀具的种类及特点第一节数控刀具的种类及特点3．数控刀具从切削工艺上可分为(1)车削刀具(2)钻削刀具(3)镗削刀具(4)铣削刀具第一节数控刀具的种类及特点4．根据数控机床工具系统的发展，可分为整体式工具系统模块化式工具系统第一节数控刀具的种类及特点模块化工具的主要优点是：(1)减少换刀时间和刀具的安装次数，缩短生产周期(2)促使工具向标准化和系列化发展。(3)便于提高工具的生产管理及柔性加工的水平。(4)扩大工具的利用率，充分发挥工具的性能，减少用户工具的储备量。第一节数控刀具的种类及特点目前的数控工具形成了两大系统车削工具系统镗铣类工具系统第一节数控刀具的种类及特点数控刀具应具有以下特点:1．刀具有很高的切削，效率2．数控刀具有高的精度和重复定位精度3．要求刀具有很高的可靠性和耐用度4．实现刀具尺寸的预调和快速换刀5．具有一个比较完善的工具系统6．建立刀具管理系统7．应有刀具在线监控及尺寸补偿系统第二节数控刀具材料一、切削用刀具材料应具备的性能┌───────────┬────────────┬────────┬───────────────┐│希望具备的性能│作为刀具使用时的性能│希望具备的性能│作为刀具使用时的性能│├───────────┼────────────┼────────┼─────────┤│高硬度(常温及高温状态)│耐磨损性│化学稳定性良好│耐氧化性，耐扩散性││高韧性(抗弯强度)│耐崩刃性，耐破损性│低亲和性│耐溶着、凝着(粘刀)性││高耐热性│耐塑性变形性│磨削成形性能良好│刀具制造的高生产率,重磨性││热传导能力良好│耐热冲击性，耐热裂纹性│锋刃性良好│刃口锋利，表面质量好，微│││││小切削可能│└───────────┴────────────┴────────┴───────────────┘第二节数控刀具材料二、各种刀具材料主要特征有：合金元素含量多、结晶颗粒细，淬透性极好，可使刀具整体的硬度一致。耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击较弱。第二节数控刀具材料比较普遍的高速钢刀具材料以WMo、WMoAl、WMoCo为主第二节数控刀具材料2．硬质合金硬质合金是将钨钻类(wC)，钨钛钻类(wC—TiC)，钨钛钽(铌)钴类(Wc—TiC—Tac)等硬质碳化物以Co为结合剂烧结而成的物质第二节数控刀具材料硬质合金刀片材料大致分为P、M、K三大类第二节数控刀具材料(1)K类国家标准YG类，成分为WC+Co，适于加工短切屑的黑色金属、有色金属及非金属材料第二节数控刀具材料(2)P类国家标准YT类，成分为WC+TiC，适于加工长切屑的黑色金属第二节数控刀具材料(3)M类国家标准YW类，成分为WC+TiC+TaC，适于加工长切屑或短切屑的黑色金属和有色金属。成分和性能介于K类和P类之间，可用来加工钢和铸铁。第二节数控刀具材料在国际标准(1SO)中通常又分别在K、P、M三种代号之后附加01、05、10、20、30、40、50等数字更进一步细分。数字越小者，硬度越高但韧性越低；而数字越大则韧性越高但硬度越低第二节数控刀具材料涂层硬质合金刀片是在韧性较好的工具表面涂上一层耐磨损、耐溶着、耐反应的物质，使刀具在切削中同时具有既硬而又不易破损的性能。第二节数控刀具材料涂层的方法分为两大类，一类为物理涂层(PVD)；另一类为化学涂层(CVD)。物理涂层是在550℃以下将金属和气体离子化后喷涂在工具表面；而化学涂层则是将各种化合物通过化学反应沉积在工具上形成表面膜，反应温度一般都在1000—1100℃左右。第二节数控刀具材料常见的涂层材料有TiC、TiN、TiCN、Al2O3等陶瓷材料第二节数控刀具材料涂层刀具的使用范围相当广，从非金属、铝合金到铸铁、钢以及高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钛合金等难加工材料的切削均可使用，且普遍较硬质合金的性能要好。第二节数控刀具材料第二节数控刀具材料CVD涂层模PVD涂层高速钢齿轮滚刀、铣刀、钻头第二节数控刀具材料PCVD涂层刀具PVD涂层模具MT-CVD第二节数控刀具材料3．陶瓷(Ceramles)陶瓷刀具基本上由两大类组成：—类为纯氧化铝类(白色陶瓷)另一类为TiC添加类(黑色陶瓷)第二节数控刀具材料陶瓷材料具有高硬度，高温强度好(约2000℃下亦不会融熔)的特性，化学稳定性亦很好，但韧性很低。多用于高速连续切削，例如铸铁的高速加工陶瓷刀具很容易因热裂纹产生崩刃等损伤，且切削温度亦较高在耐热合金等难加工材料的加工中有广泛的应用第二节数控刀具材料金属陶瓷其成分以TiC(陶瓷)为基体，Ni、Mo(金属)为结合剂解决陶瓷刀具的脆性大而出现的最大优点是与被加工材料的亲和性极低，故不易产生粘刀和积屑瘤现象加工表面非常光洁平整精加工的佼佼者第二节数控刀具材料4．立方氮化硼(CBN)硬度略逊于金刚石，但热稳定性远高于金刚石，并且与元素亲和力小，不易产生“积屑瘤”切削加工普通灰铸铁时，一般来说线速度300m／min以下采用涂层硬质合金，300-500m以内采用陶瓷，500m／min以上用CBN刀具材料超高速加工的首选刀具材料第二节数控刀具材料5．聚晶金刚石(PCD)金刚石刀具与铁系金属有极强的亲和力，切削中刀具中的碳元素极易发生扩散而导致磨损与其他材料的亲和力很低，切削中不易产生粘刀现象只适用于高效地加工有色金属和非金屑材料不宜用于可能会产生高温的切削中第二节数控刀具材料第二节数控刀具材料材料的硬度、耐磨性，金刚石最高，递次降低到高速钢。材料的韧性则是高速钢最高，金刚石最低第三节数控刀具的失效形式及可靠性一、数控刀具的失效形式及对策在切削过程中，刀具磨损到一定限度，刀刃崩刃或破损，刀刃卷刃(塑变)时，刀具丧失其切削能力或无法保障加工质量，称之为刀具失效第三节数控刀具的失效形式及可靠性1．后刀面磨损第三节数控刀具的失效形式及可靠性由机械应力引起的出现在后刀面上的摩擦磨损。由于刀具材料过软，刀具的后角偏小，加工过程中切削速度太高，进给量太小，造成后刀面磨损过量。应该选择耐磨性高的刀具材料，同时降低切削速度，提高进给量，增大刀具后角。第三节数控刀具的失效形式及可靠性2．边界磨损第三节数控刀具的失效形式及可靠性主要原因是工件表面硬化、锯齿状切屑造成的摩擦，·影响切屑的流向并导致崩刀。只有降低切削速度和进给速度，同时选择耐磨刀具材料并增大前角使切削刃锋利。第三节数控刀具的失效形式及可靠性3，前刀面磨损(月牙洼磨损)前刀面磨损主要由切屑和工件材料的接触以及对发热区域的扩散引起。另外刀具材料过软，加工过程中切削速度太高，进给量太大，也是前刀面磨损产生的原因。前刀面磨损会使刀具产生变形、干扰排屑、降低切削刃强度。主要采用降低切削速度和进给速度，同时选择涂层硬质合金材料，可以减少前刀面的磨损。第三节数控刀具的失效形式及可靠性4．塑性变形切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。第三节数控刀具的失效形式及可靠性切削速度、进给速度太高以及工件材料中硬质点的作用，刀具材料太软和切削刃温度很高等现象是产生塑性变形的主要原因。它将影响切屑的形成质量，有时也可导致崩刀。可以采取降低切削速度和进给速度，选择耐磨性高和导热系数高的刀具材料等对策，以减少塑性变形磨损的产生。第三节数控刀具的失效形式及可靠性5．积屑瘤工件材料在刀具上的粘附。积屑瘤降低加工表面质量并会改变切削刃形状最终导致崩刃。采取的对策有提高切削速度，选择涂层硬质合金或金属陶瓷等与工件材料亲和力小的刀具材料，并使用冷却液。第三节数控刀具的失效形式及可靠性6．刃口剥落切削刃上出现一些很小的缺口，而非均匀的磨损。主要由于断续切削，切屑排除不流畅造成。应该在开始加工时降低进给速度的刀具材料和切削刃强度高的刀片，就可以避免刃口剥落现象的产生。第三节数控刀具的失效形式及可靠性7．崩刀崩刀将损坏刀具和工件。主要原因是刃口的过度磨损和较高的应力，也可能由于刀具材料过硬，切削刃强度不够及进给量太大造成。应选择韧性好的合金材料，加工时减小进给量和切削深度，另外选用高强度或刀尖圆角较大的刀片。第三节数控刀具的失效形式及可靠性8．热裂纹由于断续切削时温度变化产生的垂直于切削刃的裂纹。热裂纹可降低工件表面质量并导致刃口剥落应选择韧性好的合金材料和切削深度，并进行干式冷却或在湿式切削时有充足的冷却液。第三节数控刀具的失效形式及可靠性二、刀具失效在线监测方法有直接检测和间接检测有连续检测和非连续检测。第三节数控刀具的失效形式及可靠性三、数控刀具的可靠性所谓“刀具可靠性”是指刀具在规定的切削条件和时间内，完成额定工作的能力。刀具可靠性既有一定的平均数量特性，又有随机性的特点。第三节数控刀具的失效形式及可靠性刀具可靠度是指刀具在规定的切削条件和时间内，能完成额定工作的概率，也就是刀具在已确定工作条件和切削规范下能完成预定的切削时间(耐用度)而刀具未损坏的概率。R(t)+F(t)=1第三节数控刀具的失效形式及可靠性刀具的可靠耐用度，是指刀具能达到规定的可靠度r时的耐用度(切削时间)tr=R-1(t)第四节数控可转位刀片一、可转位刀片的代码按国际柄准IS01832—1985，可转位刀片的代码表示方法是由10位字符串组成的，其排列如下：1--刀片的几何形状及其夹角。2--刀片主切削刃后角(法后角)。3--公差表示刀片内接圆d与厚度s的精度级别。4--刀片形式、紧固方法或断屑槽。5--刀片边长、切削刃长。6--刀片厚度。7--修光刀刀尖圆角半径，或主偏角，或修光刃后角8--切削刃状态尖角切削刃或倒棱切削刃。9--进刀方向或倒刃宽度。10——各刀具公司的补充符号或倒刃角度。第四节数控可转位刀片例车刀可转位刀片CNMGl20408ENUB公制型号表示含义C--80°菱形刀片形状；N--法后角为0°；M--刀尖转位尺寸允(±0．08~±0．18)mm，内接圆允差(±0.05~±0．13)mm，厚度允差±0.13mm；G--圆柱孔双面断屑槽；12--内接圆直径12；04--厚度4．76mm；08—刀尖圆角半径0．8mm；E--倒圆刀刃；N--无切削方向；UB--半精加工。第四节数控可转位刀片二、可转位刀片的断屑槽槽型我国标准GB2080—87中所表示的槽形为v形断屑槽，槽宽为V0＜1m、V1=1mm、V2=2mm、V3=3m、V4=4mm等五种第四节数控可转位刀片三、可转位刀片的夹紧方式对刀片的夹紧方式有如下基本要求：(1)夹紧可靠，不允许刀片松动或移动。(2)定位准确，确保定位精度和重复精度。(3)排屑流畅，有足够的排屑空间。(4)结构简单，操作方便，制造成本低，转位动作快第四节数控可转位刀片常见的可转位刀片的夹紧方式有以下几种：杠杆式楔块上压式螺钉上压式等多种方式。第四节数控可转位刀片各种夹紧方式最合适的加工范围│夹紧方式│杠杆式│楔块上压式│螺栓上压式││加工范围││││├──────────┼────┼──────┼───────┤│可靠夹紧／紧固│3│3│3│├──────────┼────┼──────┼───────┤│仿形加工／易接近性│2│3│3│├───────────┼────┼──────┼───────┤│重复性│3│2│3│├───────────┼────┼──────┼───────┤│仿形加工／轻负荷加工│2│3│3│├───────────┼────┼──────┼───────┤│断续加工工序│3│2│3│├───────────┼────┼──────┼──